Or strujni udar nazvana usmjerena struja nabijenih čestica, kao što su elektroni. Električna energija se naziva i energija koja se dobija kao rezultat takvog kretanja naelektrisanih čestica i osvetljenje koje se dobija na osnovu te energije. Termin "elektricitet" uveo je engleski naučnik William Gilbert 1600. godine u svom eseju O magnetu, magnetnim tijelima i velikom magnetu, Zemlji.
Gilbert je provodio eksperimente s ćilibarom, koji je, kao rezultat trenja o tkaninu, mogao privući druga svjetlosna tijela, odnosno dobio je određeni naboj. A pošto se ćilibar sa grčkog prevodi kao elektron, fenomen koji je naučnik primetio nazvan je "elektricitet".
Struja
Malo teorije o elektricitetu
Električna energija može stvoriti električno polje oko provodnika električne struje ili nabijenih tijela. Pomoću električnog polja moguće je uticati na druga tijela koja imaju električni naboj.fv
Električni naboji, kao što svi znaju, dijele se na pozitivne i negativne. Ovaj izbor je uslovljen, međutim, s obzirom na činjenicu da je dugo napravljen istorijski, samo iz tog razloga se svakom naboju dodeljuje određeni znak.
Tijela koja su nabijena istim znakom međusobno se odbijaju, a ona koja imaju različit naboj, naprotiv, privlače.
Prilikom kretanja naelektrisanih čestica, odnosno postojanja elektriciteta, pored električnog nastaje i magnetno polje. Ovo vam omogućava da postavite odnos elektriciteta i magnetizma.
Zanimljivo je da postoje tijela koja provode električnu struju ili tijela sa vrlo velikim otporom.Ovo je otkrio engleski naučnik Stephen Gray 1729. godine.
Proučavanje elektriciteta, najpotpunije i fundamentalno, bavi se takvom naukom kao što je termodinamika. Međutim, kvantna svojstva elektromagnetskih polja i nabijenih čestica proučava potpuno druga nauka - kvantna termodinamika, međutim, neki od kvantnih fenomena mogu se prilično jednostavno objasniti običnim kvantnim teorijama.
Osnove električne energije
Istorija otkrića elektriciteta
Za početak, mora se reći da ne postoji takav naučnik koji se može smatrati otkrićem elektriciteta, jer od davnina do danas mnogi naučnici proučavaju njegova svojstva i saznaju nešto novo o elektricitetu.
- Prvi koji se zainteresovao za električnu energiju bio je starogrčki filozof Tales. Otkrio je da ćilibar, koji se trlja o vunu, dobija svojstvo da privlači druga svjetlosna tijela.
- Zatim je drugi drevni grčki naučnik, Aristotel, proučavao neke jegulje, koje su, kako sada znamo, udarale neprijatelje električnim pražnjenjem.
- 70. godine nove ere rimski pisac Plinije proučavao je električna svojstva smole.
- Međutim, tada se dugo vremena nije steklo znanje o elektricitetu.
- I tek u 16. stoljeću, dvorski liječnik engleske kraljice Elizabete 1, William Gilbert, počeo je proučavati električna svojstva i napravio niz zanimljivih otkrića. Nakon toga je počelo doslovno "električno ludilo".
- Tek 1600. godine pojavio se termin "elektricitet", koji je uveo engleski naučnik William Gilbert.
- 1650. godine, zahvaljujući gradonačelniku Magdeburga, Ottu von Guerickeu, koji je izumio elektrostatičku mašinu, postalo je moguće posmatrati efekat odbijanja tela pod uticajem struje.
- Godine 1729. engleski naučnik Stephen Gray, dok je provodio eksperimente o prijenosu električne struje na daljinu, slučajno je otkrio da nemaju svi materijali sposobnost da prenose električnu energiju na isti način.
- Godine 1733. francuski naučnik Charles Dufay otkrio je postojanje dvije vrste elektriciteta, koje je nazvao staklo i smola. Ova imena su dobili zbog činjenice da su otkriveni trljanjem stakla o svilu i smole o vuni.
- Prvi kondenzator, odnosno skladište električne energije, izumio je Holanđanin Pieter van Muschenbroek 1745. godine. Ovaj kondenzator je nazvan Leyden jar.
- Godine 1747. Amerikanac B. Franklin stvorio je prvu svjetsku teoriju elektriciteta. Prema Franklinu, električna energija je nematerijalna tečnost ili fluid. Frenklinov drugi doprinos nauci je da je izumeo gromobran i time dokazao da munja ima električno poreklo. Također je uveo koncepte kao što su pozitivni i negativni naboji, ali nije otkrio naboje. Ovo otkriće je napravio naučnik Simmer, koji je dokazao postojanje polova naelektrisanja: pozitivnih i negativnih.
- Proučavanje svojstava elektriciteta prešlo je na egzaktne nauke nakon što je 1785. Coulomb otkrio zakon o sili interakcije koja se javlja između tačkastih električnih naboja, koji je nazvan Coulombov zakon.
- Tada je 1791. godine talijanski naučnik Galvani objavio raspravu o tome da u mišićima životinja, kada se kreću, nastaje električna struja.
- Pronalazak baterije od strane drugog italijanskog naučnika - Volta 1800. godine, doveo je do brzog razvoja nauke o elektricitetu i do niza važnih otkrića u ovoj oblasti.
- Nakon toga su uslijedila otkrića Faradaya, Maxwella i Amperea, koja su se dogodila za samo 20 godina.
- Godine 1874. ruski inženjer A.N. Lodygin dobio je patent za lampu sa žarnom niti sa karbonskom šipkom izumenu 1872. godine. Zatim je u lampi korištena volframova šipka. A 1906. je prodao svoj patent kompaniji Thomas Edison.
- Godine 1888. Herc registruje elektromagnetne talase.
- Godine 1879. Joseph Thomson otkriva elektron, koji je materijalni nosilac električne energije.
- 1911. godine Francuz Georges Claude izumio je prvu neonsku lampu na svijetu.
- Dvadeseti vijek je svijetu dao teoriju kvantne elektrodinamike.
- Godine 1967. napravljen je još jedan korak ka proučavanju svojstava električne energije. Ove godine stvorena je teorija elektroslabih interakcija.
Međutim, ovo su samo glavna otkrića do kojih su došli naučnici, a koja su doprinijela korištenju električne energije. Ali istraživanja se nastavljaju i sada, a svake godine postoje otkrića u oblasti električne energije.
Svi su sigurni da je najveći i najmoćniji u pogledu otkrića vezanih za električnu energiju bio Nikola Tesla. I sam je rođen u Austrijskom Carstvu, sada je to područje Hrvatske. U njegovom prtljagu izuma i naučnih radova: naizmjenična struja, teorija polja, etar, radio, rezonancija i još mnogo toga. Neki priznaju mogućnost da fenomen „Tunguskog meteorita” nije ništa drugo do delo ruku samog Nikole Tesle, naime, eksplozija ogromne snage u Sibiru.
Gospodar sveta - Nikola Tesla
Neko vrijeme se vjerovalo da električna energija ne postoji u prirodi. Međutim, nakon što je B. Franklin ustanovio da munja ima električno porijeklo, ovo mišljenje je prestalo da postoji.
Značaj električne energije u prirodi, kao i u životu ljudi, prilično je ogroman. Uostalom, munja je dovela do sinteze aminokiselina i, posljedično, do pojave života na zemlji..
Procesi u nervnom sistemu ljudi i životinja, kao što su kretanje i disanje, nastaju usled nervnog impulsa koji nastaje usled elektriciteta koji postoji u tkivima živih bića.
Neke vrste riba koriste struju, odnosno električna pražnjenja, kako bi se zaštitile od neprijatelja, traže hranu pod vodom i dobijaju je. Ove ribe su: jegulje, lampuge, električne zrake, pa čak i neke morske pse. Sve ove ribe imaju poseban električni organ koji radi na principu kondenzatora, odnosno akumulira dovoljno veliki električni naboj, a zatim ga ispušta na žrtvu koja je dotakla takvu ribu. Također, takav organ radi na frekvenciji od nekoliko stotina herca i ima napon od nekoliko volti. Snaga struje električnog organa ribe mijenja se s godinama: što riba postaje starija, to je jačina struje veća. Također, zahvaljujući električnoj struji, ribe koje žive na velikim dubinama plove u vodi. Električno polje je izobličeno djelovanjem objekata u vodi. A ova izobličenja pomažu ribama da se snalaze.
Smrtonosna iskustva. Struja
Dobivanje struje
Elektrane su posebno stvorene za proizvodnju električne energije. Elektrane koriste generatore za stvaranje električne energije, koja se zatim putem dalekovoda prenosi do mjesta potrošnje. Električna struja nastaje prelaskom mehaničke ili unutrašnje energije u električnu energiju. Elektrane se dijele na: hidroelektrane ili hidroelektrane, termonuklearne, vjetroelektrane, plimske, solarne i druge elektrane.
U hidroelektranama, turbine generatora, krećući se pod uticajem toka vode, proizvode električnu energiju. U termoelektranama ili, drugim riječima, kogeneracijama proizvodi se i električna struja, ali se umjesto vode koristi vodena para, koja nastaje u procesu zagrijavanja vode prilikom sagorijevanja goriva, poput uglja.
Vrlo sličan princip rada koristi se u nuklearnoj elektrani ili nuklearnoj elektrani. Samo nuklearne elektrane koriste drugačiju vrstu goriva – radioaktivne materijale, kao što su uranijum ili plutonijum. Dolazi do fisije njihovih jezgara, zbog čega se oslobađa vrlo velika količina topline koja se koristi za zagrijavanje vode i pretvaranje u vodenu paru koja potom ulazi u turbinu koja proizvodi električnu energiju. Ove stanice zahtijevaju vrlo malo goriva za rad. Dakle, deset grama uranijuma proizvodi istu količinu električne energije kao automobil uglja.
Korištenje električne energije
U današnje vrijeme život bez struje postaje nemoguć. Prilično je gusto ušao u život ljudi dvadeset prvog veka. Često se električna energija koristi za rasvjetu, na primjer, pomoću električne ili neonske lampe, te za prijenos svih vrsta informacija putem telefona, televizije i radija, a u prošlosti i telegrafa. Također, još u dvadesetom vijeku pojavila se nova oblast primjene električne energije: izvor energije za elektromotore tramvaja, podzemne željeznice, trolejbusa i elektromotora. Struja je neophodna za rad raznih kućanskih aparata, koji uvelike poboljšavaju život. savremeni čovek.
Danas se električna energija koristi i za proizvodnju kvalitetnih materijala i njihovu preradu. Uz pomoć električnih gitara, napajanih električnom energijom, možete stvarati muziku. Također, struja se i dalje koristi kao human način ubijanja kriminalaca (električna stolica) u zemljama koje dozvoljavaju smrtnu kaznu.
Takođe, s obzirom da je život savremenog čoveka gotovo nemoguć bez kompjutera i mobilnih telefona, koji za rad zahtevaju električnu energiju, značaj električne energije biće teško precijeniti.
Elektricitet u mitologiji i umjetnosti
U mitologiji gotovo svih naroda postoje bogovi koji su u stanju da bacaju munje, odnosno koji znaju koristiti struju. Na primjer, kod Grka je Zevs bio takav bog, kod Hindusa Agni, koji se znao pretvoriti u munju, kod Slavena je to bio Perun, a kod skandinavskih naroda Thor.
Crtani filmovi imaju i struju. Tako se u Diznijevom crtanom filmu Crni rt nalazi anti-heroj Megavolt, koji može upravljati strujom. U japanskoj animaciji, Pokemon Pikachu ima struju.
Zaključak
Proučavanje svojstava elektriciteta počelo je u antičko doba i traje do danas. Naučivši osnovna svojstva električne energije i naučivši kako ih pravilno koristiti, ljudi su uvelike olakšali svoj život. Električna energija se koristi i u fabrikama, fabrikama itd., odnosno može se koristiti za dobijanje drugih beneficija. Značaj električne energije, kako u prirodi tako i u životu savremenog čovjeka, je ogroman. Bez takvog električnog fenomena kao što je munja, život ne bi nastao na Zemlji, a bez nervnih impulsa, koji nastaju i zbog struje, ne bi bilo moguće osigurati koordiniran rad svih dijelova organizama.
Ljudi su oduvijek bili zahvalni struji, čak i kada nisu znali za njeno postojanje. Svoje glavne bogove obdarili su sposobnošću da bacaju munje.
Savremeni čovjek također ne zaboravlja na struju, ali je li moguće zaboraviti na nju? On obdaruje crtane i filmske likove električnim sposobnostima, gradi elektrane za proizvodnju električne energije i još mnogo toga.
Dakle, električna energija je najveći dar koji nam je dala sama priroda i koji smo, srećom, naučili koristiti.
Malo ljudi razmišlja o tome kada se pojavila struja. A njegova istorija je prilično zanimljiva. Struja čini život ugodnijim. Zahvaljujući njemu, televizija, internet i još mnogo toga su postali dostupni. A savremeni život bez struje je već nemoguće zamisliti. To je uvelike ubrzalo razvoj čovječanstva.
Istorija električne energije
Ako počnete shvaćati kada se pojavila električna energija, onda se morate sjetiti grčkog filozofa Thalesa. On je prvi skrenuo pažnju na ovaj fenomen 700. godine prije Krista. e. Fales je otkrio da kada se ćilibar trlja o vunu, kamen počinje da privlači lake predmete na sebe.
Koje godine je uvedena struja? Nakon grčkog filozofa, dugo vremena niko nije istraživao ovaj fenomen. A znanje u ovoj oblasti nije se povećalo sve do 1600. godine. Ove godine William Gilbert je skovao termin "elektricitet" ispitujući magnete i njihova svojstva. Od tog vremena naučnici su ovaj fenomen počeli intenzivno proučavati.
Prva otkrića
Kada se pojavila električna energija, korištena u tehničkim rješenjima? Godine 1663. stvorena je prva električna mašina koja je omogućila posmatranje efekata odbijanja i privlačenja. Godine 1729. engleski naučnik Stephen Grey napravio je prvi eksperiment kada se električna energija prenosila na daljinu. Četiri godine kasnije, francuski naučnik C. Dufay otkrio je da električna energija ima 2 vrste naboja: smolu i staklo. Godine 1745. pojavio se prvi električni kondenzator - Leiden banka.
Godine 1747. Benjamin Franklin stvorio je prvu teoriju koja je objasnila ovaj fenomen. Elektricitet se pojavio 1785. godine i dugo su ga proučavali Galvani i Volt. Napisana je rasprava o djelovanju ovog fenomena tokom mišićnog pokreta, a izmišljen je i galvanski objekt. A ruski naučnik V. Petrov postao je otkrivač
Osvetljenje
Kada se pojavila struja u kućama i stanovima? Za mnoge je ovaj fenomen prvenstveno povezan sa rasvjetom. Stoga treba uzeti u obzir kada je izumljena prva sijalica. To se dogodilo 1809. godine. Englez Delarue je postao pronalazač. Nešto kasnije pojavile su se sijalice u obliku spirale koje su bile napunjene inertnim gasom. Počeli su da se proizvode 1909. godine.
Pojava električne energije u Rusiji
Neko vrijeme nakon uvođenja pojma "električna energija", ovaj fenomen je počeo da se istražuje u mnogim zemljama. Početak promjene može se smatrati pojavom rasvjete. Koje godine se u Rusiji pojavila struja? Prema ovom datumu - 1879. Tada je u Sankt Peterburgu prvi put izvršena elektrifikacija uz pomoć lampi.
Ali godinu dana ranije u Kijevu, u jednoj od željezničkih radionica, postavljeno je električno svjetlo. Stoga je datum pojave električne energije u Rusiji pomalo kontroverzno pitanje. Ali pošto je ovaj događaj ostao bez pažnje, paljenje Liteinog mosta se može smatrati zvaničnim datumom.
Ali postoji još jedna verzija, kada se struja pojavila u Rusiji. Sa pravne tačke gledišta, ovaj datum je trideseti januar 1880. godine. Na današnji dan pojavio se prvi električni odjel u Ruskom tehničkom društvu. Njegove dužnosti bile su da nadgleda uvođenje električne energije u svakodnevni život. Carskoje Selo je 1881. godine postalo prvi evropski grad koji je bio potpuno osvetljen.
Drugi značajan datum je 15. maj 1883. Na današnji dan Kremlj je prvi put osvijetljen. Događaj je bio tempiran da se poklopi sa stupanjem na ruski tron Aleksandra III. Kako bi osvijetlili Kremlj, električari su postavili malu elektranu. Nakon ovog događaja, rasvjeta se prvo pojavila na glavnoj ulici Sankt Peterburga, a potom i u Zimskom dvorcu.
U ljeto 1886. godine, carskim ukazom je osnovano "Društvo za električnu rasvjetu". Bavila se elektrifikacijom cijelog Sankt Peterburga i Moskve. A 1888. godine počele su se graditi prve elektrane u najvećim gradovima. U ljeto 1892. u Rusiji je pušten debitantski električni tramvaj. A pojavio se 1895. Sagrađen je u Sankt Peterburgu, na rijeci. Big Ohta.
A u Moskvi se prva elektrana pojavila 1897. Izgrađena je na nasipu Raushskaya. Elektrana je proizvodila trofaznu naizmjeničnu struju. I to je omogućilo prijenos električne energije na velike udaljenosti bez značajnog gubitka snage. Drugi gradovi su počeli da se grade u osvit dvadesetog veka, pre Prvog svetskog rata.
Modernoj osobi je teško zamisliti život bez struje. Čvrsto je ušao u naše živote i malo razmišljamo o tome kada se pojavio. Ali zahvaljujući električnoj energiji sve oblasti nauke i tehnologije počele su se intenzivnije razvijati. Ko je izumeo elektricitet kada se prvi put pojavio u svijetu?
Istorijat pojave
Čak i prije naše ere Grčki filozof Tales primijetio da se nakon trljanja ćilibara o vunu kamen privlače mali predmeti. Tada se dugo vremena niko nije bavio proučavanjem takvih pojava. Tek u 17. veku, proučavajući magnete i njihova svojstva, engleski naučnik Vilijam Gilberg uveo je novi termin "elektricitet". Naučnici su počeli pokazivati veći interes za to i baviti se istraživanjima u ovoj oblasti.
Gilberg je uspio izmisliti prototip prvog elektroskopa, nazvan je versor. Uz pomoć ovog uređaja ustanovio je da, osim ćilibara i drugog kamenja, mali predmeti mogu privući sebe. . Kamenje uključuje:
Zahvaljujući stvorenom uređaju, naučnik je uspio provesti nekoliko eksperimenata i izvući zaključke. Shvatio je da plamen ima sposobnost da ozbiljno utiče na električna svojstva tela nakon trenja. Naučnik je to izjavio grmljavina i munje- pojave električne prirode.
Velika otkrića
Prvi eksperimenti prijenosa električne energije na kratke udaljenosti izvedeni su 1729. godine. Naučnici su zaključili da ne mogu sva tijela prenositi električnu energiju. Nekoliko godina nakon niza testova, Francuz Charles Dufay je izjavio da postoje dvije vrste električnog naboja − staklo i smola. Zavise od materijala koji se koristi za trenje.
Tada su naučnici iz različitih zemalja stvorili kondenzator i galvansku ćeliju, prvi elektroskop i medicinski elektrokardiograf. Prva sijalica sa žarnom niti pojavila se 1809. godine, koju je stvorio Englez Delarue. 100 godina kasnije, Earnwing Langmuir je razvio sijalicu sa vlaknom od volframa napunjenom inertnim gasom.
Bilo je mnogo veoma važnih otkrića u 19. veku, zahvaljujući kojoj se u svijetu pojavila električna energija
Proučavali su svojstva elektriciteta i mnogi od njih su nazvani po njima. Krajem 19. stoljeća, fizičari su došli do otkrića o postojanju električnih valova. Oni uspijevaju stvoriti žarulju sa žarnom niti i prenose električnu energiju na velike udaljenosti. Od tog trenutka električna energija polako ali sigurno počinje da se širi planetom.
Kada se pojavila struja u Rusiji?
Ako govorimo o elektrifikaciji na teritoriji Rusko carstvo, zatim u ovom pitanju nema konkretnog datuma. Svi znaju da su 1879. godine u Sankt Peterburgu napravili rasvjetu po cijelom Litejnom mostu. Bio je osvijetljen lampama. Međutim, godinu dana ranije u Kijevu je električna rasvjeta postavljena u jednoj od željezničkih radionica. Ovaj događaj nije privukao pažnju, pa se 1879. smatra službenim datumom za pojavu električne rasvjete u Ruskom carstvu.
Prvi električni odjel pojavio se u Rusiji 30. januara 1880. godine u Ruskom tehničkom društvu. Odjel je bio dužan da nadgleda uvođenje električne energije u svakodnevni život države. Već 1881. godine Carsko selo je bilo potpuno osvetljeno. lokalitet i postao prvi moderni i evropski grad.
15. maja 1883 Takođe se smatra značajnim datumom za zemlju. To je zbog osvjetljenja Kremlja. U to vrijeme na tron je došao car Aleksandar III, a iluminacija je bila tempirana da se poklopi sa tako važnim događajem. Gotovo odmah nakon ovog historijskog događaja, rasvjeta je izvršena prvo na glavnoj ulici, a potom i na Zimskom dvorcu Sankt Peterburga.
Ukazom cara 1886. godine osnovano je "Društvo za električnu rasvjetu". Njegove dužnosti uključivale su rasvjetu dva glavna grada - Moskve i Sankt Peterburga. Dvije godine kasnije počela je izgradnja elektrana glavni gradovi. Prvi električni tramvaj u Rusiji pokrenut je 1892. godine. U Sankt Peterburgu je nakon 4 godine puštena u rad prva hidroelektrana. Izgrađena je na rijeci Bolshaya Okhta.
Važan događaj je bila pojava prve elektrane u Moskvi 1897. godine. Izgrađena je na nasipu Raushskaya sa mogućnošću generisanja naizmenična trofazna struja. Omogućila je prijenos električne energije na velike udaljenosti i korištenje bez gubitka struje. Izgradnja elektrana u drugim ruskim gradovima počela se razvijati tek prije Prvog svjetskog rata.
Zanimljive činjenice o istoriji pojave električne energije u Rusiji
Ako pažljivo proučite neke činjenice o elektrifikaciji ruske države, možete saznati mnogo zanimljivih informacija.
Prvu sijalicu sa žarnom niti sa karbonskom šipkom izumio je 1874. A.N. Lodygin. Uređaj su patentirale najveće evropske zemlje. Nakon nekog vremena, T. Edison ga je poboljšao i sijalica je počela da se koristi širom planete.
Ruski inženjer elektrotehnike P.N. Yablochkov 1876. završio je razvoj električne svijeće. Postala je jednostavnija, jeftinija i praktičnija od Lodyginove sijalice u radu.
Kao dio Ruskog tehničkog društva, formiran je Specijalni elektrotehnički odjel. To je uključivalo P.N. Yablochkov, A.N. Lodygin, V.N. Chikolev i drugi aktivni fizičari i elektroinženjeri. Glavni zadatak odjela bio je promoviranje razvoja elektrotehnike u Rusiji.
. (istorija otkrića fenomena)
Prije 1600 znanje Evropljana o elektricitetu ostalo je na nivou starih Grka, koji su ponovili istoriju razvoja teorije parnih mlaznih motora ("Eleopile" A. Herona).
Osnivač nauke o elektricitetu u Evropi bio je diplomac Kembridža i Oksforda, engleski fizičar i dvorski lekar kraljice Elizabete — Vilijam Gilbert(1544-1603). Uz pomoć svog "versora" (prvog elektroskopa), W. Gilbert je pokazao da ne samo protrljani ćilibar, već i dijamant, safir, karborund, opal, ametist, gorski kristal, staklo, škriljac, itd. imaju sposobnost privlačenja. svjetlosna tijela (slamke) koje je nazvao "električni" minerali.
Osim toga, Hilbert je primijetio da plamen "uništava" električna svojstva tijela stečena trenjem, te je po prvi put istražio magnetne pojave, utvrdivši da:
Magnet uvijek ima dva pola - sjeverni i južni;
- istoimeni polovi se odbijaju, a suprotni privlače;
- piljenjem magneta, ne možete dobiti magnet sa samo jednim polom;
- gvozdeni predmeti pod uticajem magneta dobijaju magnetna svojstva (magnetna indukcija);
- prirodni magnetizam se može pojačati gvozdenim okovom.
Proučavajući magnetska svojstva magnetizirane lopte pomoću magnetne igle, Gilbert je došao do zaključka da ona odgovaraju magnetskim svojstvima Zemlje, a Zemlja je najveći magnet, što objašnjava konstantan nagib magnetne igle.
1650: Otto von Guericke(1602-1686) stvara prvu električnu mašinu koja izvlači značajne iskre iz protrljane lopte izlivene od sumpora, čije bi ubrizgavanje moglo biti čak i bolno. Međutim, misterija imovine "električna tečnost", kako je ta pojava u to vrijeme nazvana, tada nije dobila nikakvo objašnjenje.
1733: francuski fizičar, član Pariške akademije nauka , Charles Francois Dufay (Dufay, Du Fay, 1698-1739) otkrio postojanje dvije vrste elektriciteta, koje je nazvao "staklo" i "smola". Prvi se javlja na staklu, gorskom kristalu, dragom kamenju, vuni, kosi, itd.; drugi - na ćilibaru, svili, papiru itd.
Nakon brojnih eksperimenata, C. Dufay je po prvi put naelektrisao ljudsko tijelo i iz njega "primio" iskre. Njegovi naučni interesi uključivali su magnetizam, fosforescenciju i dvostruku refrakciju u kristalima, što je kasnije postalo osnova za stvaranje optičkih lasera. Da bih otkrio mjerenje električne energije, koristio sam Gilbertov versor, čineći ga mnogo osjetljivijim. On je bio prvi koji je izrazio ideju o električnoj prirodi munje i groma.
1745: diplomirao fiziku na Univerzitetu Leiden (Holandija). Peter van Mushenbroek(Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) izumio je prvi autonomni izvor električne energije - Leyden teglu i proveo niz eksperimenata s njom, tokom kojih je ustanovio odnos električnog pražnjenja s njegovim fiziološkim djelovanjem na živi organizam.
 |
Leidenska tegla je bila staklena posuda, čiji su zidovi bili oblijepljeni olovnom folijom izvana i iznutra, i bio je prvi električni kondenzator. Ako su ploče uređaja napunjenog iz elektrostatičkog generatora O. von Guerickea bile spojene tankom žicom, onda bi se ona brzo zagrijala, a ponekad i otopila, što je ukazivalo na prisustvo izvora energije u banci koji bi se mogao transportovati daleko od mesto njegovog punjenja.
1747:član Pariške akademije nauka, francuski eksperimentalni fizičar Jean Antoine Nollet(1700-1770) izmislio prvi instrument za procjenu električnog potencijala - elektroskop, registrovao je činjenicu bržeg "odliva" električne energije iz oštrih tijela i po prvi put formirao teoriju o djelovanju električne energije na žive organizme i biljke.
1747–1753: Američki državnik, naučnik i prosvetitelj Benjamin (Benjamin) Franklin(Franklin, 1706-1790) objavljuje seriju radova o fizici elektriciteta u kojima:
- uveo sada opšteprihvaćenu oznaku električno nabijenih stanja «+»
i «–»
;
- objasnio princip rada Leyden tegle, utvrđujući da glavnu ulogu u njoj ima dielektrik koji razdvaja provodne ploče;
- Utvrđen identitet atmosferske i električne energije generisane trenjem i dao dokaz o električnoj prirodi munje;
- utvrdio da metalne tačke povezane sa zemljom uklanjaju električna naelektrisanja sa naelektrisanih tela i bez kontakta sa njima i predložio gromobran;
- izneo ideju o elektromotoru i pokazao "električni točak" koji se okreće pod uticajem elektrostatičkih sila;
- prvi put koristio električnu iskru da eksplodira barut.
1759: U Rusiji, fizičar Franz Ulrich Theodor Aepinus(Aepinus, 1724-1802), po prvi put iznosi hipotezu o postojanju veze između električnih i magnetskih fenomena.
1761:Švajcarski mehaničar, fizičar i astronom Leonard Euler(L. Euler, 1707-1783) opisuje novu elektrostatičku mašinu koja se sastoji od rotacionog diska od izolacionog materijala sa radijalno zalijepljenim kožnim pločama. Da bi se uklonio električni naboj, bilo je potrebno dovesti svilene kontakte na disk, pričvršćene na bakrene šipke sa sfernim krajevima. Približavajući sfere jedna drugoj, bilo je moguće posmatrati proces električnog raspada atmosfere (vještačke munje).
 |
1785-1789: francuski fizičar Charles Augustin Coulomb(S. Coulomb, 1736-1806) objavljuje sedam djela. u kojem opisuje zakon interakcije električnih naboja i magnetnih polova (Coulombov zakon), uvodi pojam magnetskog momenta i polarizacije naelektrisanja, te dokazuje da se električni naboji uvijek nalaze na površini provodnika.
1791: U Italiji je objavljena rasprava Luigi Galvani(L. Galvani, 1737-1798), "De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius" ("Traktat o silama elektriciteta u mišićnom kretanju"), u kojem je dokazano da električnu energiju proizvodi živi organizam a najefikasnije se manifestuje u kontaktu različitih provodnika. Trenutno je ovaj efekat u osnovi principa rada elektrokardiografa.
1795: Italijanski profesor Alexander Volta(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) istražuje fenomen kontaktna razlika potencijala različitih metala i korištenjem elektrometra vlastitog dizajna daje numeričku procjenu ovog fenomena. A. Volta prvi put opisuje rezultate svojih eksperimenata 1. avgusta 1786. u pismu svom prijatelju. Trenutno se efekat kontaktne razlike potencijala koristi u termoparovima i sistemima anodne (elektrohemijske) zaštite metalnih konstrukcija.
1799:. O. Volta izmišlja izvor galvanizacija(električna) struja - voltaic pillar. Prva voltna kolona se sastojala od 20 pari bakrenih i cinkanih krugova, razdvojenih komadima tkanine namočenim u slanu vodu, i vjerovatno je mogao proizvesti napon od 40-50 V i struju do 1 A.
Godine 1800 u Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol. 90" pod naslovom "O elektricitetu pobuđenom pukim kontaktom provodnih supstanci različitih vrsta" ("Elektricitet dobijen kao rezultat jednostavnog kontakta različitih supstanci"), opisan je uređaj nazvan "elektromotorni aparat", A. Volta je smatrao da je u osnovi principa rada njegovog izvora struje kontaktna razlika potencijala, a tek mnogo godina kasnije ustanovljeno je da je uzrok emf. u galvanskoj ćeliji je kemijska interakcija metala sa vodljivom tekućinom - elektrolitom. U jesen 1801. godine stvorena je prva galvanska baterija u Rusiji, koja se sastojala od 150 srebrnih i cinkovanih diskova. Godinu dana kasnije, u jesen 1802. godine, napravljena je baterija od 4200 bakarnih i cink diskova, dajući napon od 1500 V.
1820: danski fizičar Hans Christian Oersted(Ersted, 1777-1851) u toku eksperimenata na otklonu magnetne igle pod dejstvom provodnika sa strujom, uspostavio je vezu između električnih i magnetnih pojava. Izveštaj o ovom fenomenu, objavljen 1820. godine, podstakao je istraživanja u oblasti elektromagnetizma, što je na kraju dovelo do formiranja temelja moderne elektrotehnike.
 |
Prvi sljedbenik H. Oersteda bio je francuski fizičar André Marie Ampère(1775-1836), koji je iste godine formulirao pravilo za određivanje smjera djelovanja električne struje na magnetsku iglu, koje je nazvao "pravilo plivača" (Amperovo ili desno ruko pravilo), nakon čega su stupili na snagu zakoni Utvrđena je interakcija električnog i magnetskog polja (1820), u okviru kojih je prvi put formulisana ideja o korištenju elektromagnetnih pojava za daljinski prijenos električnog signala.
1822. A. Ampere stvara prvi pojačivač elektromagnetnog polja- višeslojni namotaji od bakarne žice, unutar kojih su postavljena jezgra od mekog gvožđa (solenoidi), koja je postala tehnološka osnova za ono što je izumeo 1829 elektromagnetni telegraf, koji je otvorio eru modernih telekomunikacija.
821: engleski fizičar Michael Faraday(M. Faraday, 1791-1867) upoznao se sa radom H. Oersteda o otklonu magnetne igle u blizini provodnika sa strujom (1820) i, nakon proučavanja odnosa između električnih i magnetskih pojava, utvrdio činjenicu da magnet rotira oko provodnika sa strujom, a provodnik sa strujom rotira oko magneta.
Tokom narednih 10 godina, M. Faraday je pokušavao da "pretvori magnetizam u elektricitet", što je rezultiralo otkriće elektromagnetne indukcije 1831, što je dovelo do formiranja temelja teorije elektromagnetnog polja i nastanka nove industrije - elektrotehnike. Godine 1832. M. Faraday je objavio rad u kojem je iznesena ideja da je širenje elektromagnetnih interakcija talasni proces koji se odvija u atmosferi konačnom brzinom, što je postalo osnova za nastanak nove grane znanja - radija. inženjering.
U nastojanju da se uspostave kvantitativni odnosi između razne vrste električne energije, M. Faraday je započeo istraživanje elektrolize i 1833–1834. formulisao svoje zakone. 1845. godine, proučavajući magnetska svojstva različitih materijala, M. Faraday je otkrio fenomene paramagnetizma i dijamagnetizma i utvrdio činjenicu rotacije ravni polarizacije svjetlosti u magnetskom polju (Faradayev efekat). Ovo je bilo prvo zapažanje veze između magnetnih i optičkih fenomena, što je kasnije objašnjeno u okviru J. Maxwellove elektromagnetne teorije svjetlosti.
Otprilike u isto vrijeme njemački fizičar je proučavao svojstva elektriciteta Georg Simon Ohm(G.S. Ohm, 1787-1854). Nakon niza eksperimenata, G. Ohm 1826. godine formulisao je osnovni zakon električnog kola(Ohmov zakon) i 1827. dao svoje teorijsko opravdanje, uveo pojmove "elektromotorne sile", pada napona u kolu i "provodljivosti".
Ohmov zakon kaže da je jačina jednosmjerne električne struje I u provodniku je direktno proporcionalna razlici potencijala (naponu) U između dve fiksne tačke (sekcije) ovog provodnika tj. RI = U . Faktor proporcionalnosti R , koji je 1881. dobio naziv omski otpor ili jednostavno otpor, ovisi o temperaturi vodiča i njegovim geometrijskim i električnim svojstvima.
Istraživanje G. Ohma završava drugu fazu u razvoju elektrotehnike, odnosno formiranje teorijske osnove za proračun karakteristika električnih kola, koja je postala osnova savremene elektroenergetike.
Šta je električna energija?
Elektricitet je skup fizičkih pojava povezanih s prisustvom električnog naboja. Iako se u početku elektricitet smatrao fenomenom odvojenim od magnetizma, ali sa razvojem Maxwellovih jednačina, oba ova fenomena su prepoznata kao dio jednog fenomena: elektromagnetizma. S elektricitetom su povezane različite uobičajene pojave, kao što su munje, statički elektricitet, električno grijanje, električna pražnjenja i mnoge druge. Osim toga, električna energija je u srcu mnogih modernih tehnologija.
Prisutnost električnog naboja, koji može biti pozitivan ili negativan, stvara električno polje. S druge strane, kretanje električnih naboja, koje se naziva električna struja, stvara magnetsko polje.
Kada se naelektrisanje postavi u tačku sa električnim poljem različitim od nule, na njega deluje sila. Veličina ove sile određena je Coulombovim zakonom. Dakle, ako bi se ovaj naboj pomjerio, električno polje bi obavilo posao pomicanja (kočenja) električnog naboja. Dakle, možemo govoriti o električnom potencijalu u određenoj tački u prostoru, jednakom radu koji izvrši vanjski agens pri prijenosu jedinice pozitivnog naboja iz proizvoljno odabrane referentne točke u ovu tačku bez ikakvog ubrzanja i, po pravilu, mjereno u voltima.
U elektrotehnici električna energija se koristi za:
- snabdijevanje električnom energijom gdje se električna struja koristi za napajanje opreme;
- u elektronici koja se bavi električnim krugovima koji uključuju aktivne električne komponente kao što su vakuumske cijevi, tranzistori, diode i integrirana kola, i njihove povezane pasivne elemente.
Električni fenomeni proučavani su od antičkih vremena, iako je napredak u teorijskom razumijevanju započeo u 17. XVIII vijeka. Čak i tada praktična upotreba Struja je bila rijetkost, a inženjeri su je mogli koristiti u industrijske i stambene svrhe tek krajem 19. stoljeća. Brza ekspanzija električne tehnologije u to vrijeme transformirala je industriju i društvo. Svestranost električne energije leži u činjenici da se može koristiti u gotovo neograničenom broju industrija kao što su transport, grijanje, rasvjeta, komunikacije i računarstvo. Električna energija je sada okosnica modernog industrijskog društva.
Istorija električne energije
Mnogo prije nego što je bilo saznanja o elektricitetu, ljudi su već znali za strujne udare električnih riba. Drevni egipatski tekstovi koji datiraju iz 2750. godine prije Krista. prije Krista, nazvali su ove ribe "Gromovnici Nila" i opisali ih kao "zaštitnike" svih drugih riba. Dokazi o električnoj ribi se ponovo pojavljuju hiljadama godina kasnije od starogrčkih, rimskih i arapskih prirodnjaka i doktora. Nekoliko antičkih pisaca, kao što su Plinije Stariji i Skribonije Largus, svjedoče o utrnulosti kao efektu električnih udara koje proizvode som i električni zraci, a znali su i da se takvi udari mogu prenijeti kroz provodne predmete. Pacijentima koji pate od bolesti poput gihta ili glavobolje prepisivali su se da dodiruju takve ribe u nadi da bi ih snažan strujni udar mogao izliječiti. Moguće je da su najranije i najbliže otkriću identiteta munje i elektriciteta iz bilo kojeg drugog izvora napravili Arapi, koji su do 15. stoljeća u jeziku primjenjivali riječ za munju (raad) na električne zrake.
Drevne kulture Mediterana znale su da ako se određeni predmeti, kao što su štapići od ćilibara, trljaju mačjim krznom, to će privući lakše predmete, kao što je perje. Tales iz Mileta napravio je brojna zapažanja statičkog elektriciteta oko 600. godine prije Krista, iz kojih je zaključio da je trenje bilo potrebno da bi ćilibar bio sposoban da privlači predmete, za razliku od minerala poput magnetita, kojima nije bilo potrebno trenje. Tales je pogriješio kada je vjerovao da je privlačnost ćilibara posljedica magnetskog efekta, ali je kasnije nauka dokazala vezu između magnetizma i elektriciteta. Prema kontroverznoj teoriji zasnovanoj na otkriću Bagdadske baterije 1936. koja podsjeća na galvansku ćeliju, iako nije jasno da li je artefakt bio električne prirode, Parti su možda bili svjesni galvanizacije.
Elektrika je nastavila da budi ništa više od intelektualne radoznalosti milenijumima sve do 1600. godine, kada je engleski naučnik William Gilbert napravio temeljnu studiju elektriciteta i magnetizma, i razlikovao efekat "magnetita" od statičkog elektriciteta koji nastaje trljanjem ćilibara. On je skovao novu latinsku riječ electricus ("jantar" ili "kao ćilibar", od ἤλεκτρον, Elektron, od grčkog: "ćilibar") da označi svojstvo objekata da privlače male predmete nakon trljanja. Ova lingvistička asocijacija dovela je do engleskih riječi "električni" i "električnost", koje su se prvi put pojavile u štampi u "Pseudodoxia Epidemica" Thomasa Brownea 1646. godine.
Daljnji rad izveli su Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray i Charles Francois Dufay. U 18. veku, Benjamin Franklin je opsežno istraživao električnu energiju, prodavši svoje vlasništvo kako bi finansirao svoj rad. U junu 1752. poznato je da je zakačio metalni ključ na dno konca. zmaj i lansirao zmaja u olujno nebo. Niz iskri koje skaču s ključa na pozadinu šake pokazao je da je munja zaista električna. Objasnio je i naizgled paradoksalno ponašanje Leyden tegle kao uređaja za skladištenje velike količine električnog naboja u smislu električne energije, koji se sastoji od pozitivnih i negativnih naboja.
Godine 1791. Luigi Galvani je objavio svoje otkriće bioelektromagnetizma, pokazujući da je elektricitet sredstvo kojim neuroni prenose signale mišićima. Alessandro Volta baterija ili galvanski stup iz 1800-ih napravljen je od naizmjeničnih slojeva cinka i bakra. Za naučnike je to bio pouzdaniji izvor električne energije od elektrostatičkih mašina koje su se koristile u prošlosti. Razumijevanje elektromagnetizma kao jedinstva električnih i magnetskih fenomena zaslužni su Oersted i André-Marie Ampère 1819-1820. Michael Faraday izumio je električni motor 1821., a Georg Ohm je matematički analizirao električno kolo 1827. Elektricitet i magnetizam (i svjetlost) je definitivno povezao James Maxwell, posebno u svom djelu "O fizičkim linijama sile" 1861. i 1862. godine.
Dok je početkom 19. vijeka svijet bio svjedok naglog napretka nauke o elektricitetu, krajem 19. vijeka najveći napredak dogodio se u oblasti elektrotehnike. Uz pomoć ljudi kao što su Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1. Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla i George Westinghouse, električna energija je od naučne radoznalosti evoluirala u nezamjenjivo oruđe za savremeni život, postajući pokretačka snaga druge industrijske revolucije.
Godine 1887. Heinrich Hertz je otkrio da elektrode osvijetljene ultraljubičastim svjetlom lakše proizvode električne iskre od neupaljenih. Godine 1905. Albert Ajnštajn je objavio rad koji objašnjava eksperimentalne dokaze za fotoelektrični efekat kao rezultat prenosa svetlosne energije u diskretnim kvantizovanim paketima koji pobuđuju elektrone. Ovo otkriće dovelo je do kvantne revolucije. Ajnštajn je 1921. dobio Nobelovu nagradu za fiziku za svoje „otkriće zakona fotoelektričnog efekta“. Fotonaponski efekat se također koristi u fotonaponskim ćelijama poput onih koje se nalaze u solarnim panelima, a često se koristi za proizvodnju električne energije u komercijalne svrhe.
Prvi poluprovodnički uređaj bio je detektor "mačjih brkova", koji je prvi put korišten u radio prijemnicima 1900-ih. Žica nalik na brkove dovodi se u lagani kontakt sa čvrstim kristalom (npr. kristalom germanijuma) kako bi se detektovao radio signal putem efekta kontakta. U poluvodičkom čvoru, struja se primjenjuje na poluvodičke elemente i veze dizajnirane posebno za prebacivanje i pojačavanje struje. Električna struja se može predstaviti u dva oblika: u obliku negativno nabijenih elektrona, kao i pozitivno nabijenih elektrona (nepopunjenih elektrona na mjestima u atomu poluvodiča), zvanih rupe. Ovi naboji i rupe se shvataju sa stanovišta kvantne fizike. Građevinski materijal je najčešće kristalni poluvodič.
Razvoj poluvodičkih uređaja započeo je pronalaskom tranzistora 1947. godine. Uobičajeni poluvodički uređaji su tranzistori, mikroprocesorski čipovi i čipovi ram memorija. Specijalizovana vrsta memorije koja se zove fleš memorija koristi se u USB fleš diskovima, a u novije vreme, mehanički rotirajući hard diskovi takođe su zamenjeni SSD uređajima. Poluprovodnički uređaji postali su uobičajeni 1950-ih i 1960-ih, tokom prelaska sa vakuumskih cijevi na poluvodičke diode, tranzistore, integrirana kola (IC) i diode koje emituju svjetlost (LED).
Osnovni koncepti električne energije
Električno punjenje
Prisustvo naelektrisanja stvara elektrostatičku silu: naelektrisanja vrše silu jedno na drugo, ovaj efekat je bio poznat u antici, iako se tada nije razumeo. Lagana kugla okačena na uzicu može se nabiti dodirivanjem staklenom šipkom, koja je i sama prethodno bila nabijena trljanjem o tkaninu. Slična kugla nabijena istom staklenom šipkom će odbiti prvu: naboj uzrokuje da se dvije kuglice odvoje jedna od druge. Dvije kuglice koje su nabijene iz protrljanog ćilibarskog štapa se također odbijaju. Međutim, ako se jedna kuglica nabije sa staklenog štapića, a druga iz ćilibarne šipke, tada se obje kugle počinju privlačiti jedna drugu. Ove pojave je krajem osamnaestog veka istraživao Charles Augustin de Coulomb, koji je zaključio da se naboj pojavljuje u dva suprotna oblika. Ovo otkriće dovelo je do dobro poznatog aksioma: slično nabijeni objekti se odbijaju, a suprotno nabijeni privlače.
Sila djeluje na same nabijene čestice, pa se naboj teži što je moguće ravnomjernijem širenju po provodnoj površini. Veličina elektromagnetne sile, bilo da je privlačna ili odbojna, određena je Coulombovim zakonom, koji kaže da je elektrostatička sila proporcionalna proizvodu naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Elektromagnetna interakcija je vrlo jaka, inferiorna je po snazi samo jakoj interakciji, ali za razliku od potonje, djeluje na bilo kojoj udaljenosti. U poređenju sa mnogo slabijom gravitacionom silom, elektromagnetna sila gura dva elektrona 1042 puta više nego što ih gravitaciona sila vuče.
Studija je pokazala da su izvor naboja određene vrste subatomskih čestica koje imaju svojstvo električnog naboja. Električni naboj stvara i stupa u interakciju s elektromagnetskom silom, koja je jedna od četiri fundamentalne sile prirode. Najpoznatiji nosioci električnog naboja su elektron i proton. Eksperiment je pokazao da je naboj očuvana veličina, odnosno da će ukupni naboj unutar izolovanog sistema uvijek ostati konstantan bez obzira na promjene koje se dešavaju unutar ovog sistema. U sistemu, naelektrisanje se može prenositi između tela bilo direktnim kontaktom ili prenosom kroz provodljivi materijal kao što je žica. Neformalni izraz "statički elektricitet" označava neto prisustvo naelektrisanja (ili "neravnotežu" naelektrisanja) na tijelu, obično uzrokovano trljanjem različitih materijala jedan o drugi, prenoseći naelektrisanje s jednog na drugi.
Naboji elektrona i protona su suprotnog predznaka, stoga ukupni naboj može biti pozitivan ili negativan. Po konvenciji, naboj koji nose elektroni smatra se negativnim, a naboj koji nose protoni je pozitivan, slijedeći tradiciju uspostavljenu radom Benjamina Franklina. Količina naboja (količina električne energije) obično se označava simbolom Q i izražava se u kulonima; svaki elektron nosi isti naboj, otprilike -1,6022 × 10-19 kulona. Proton ima naelektrisanje jednake vrijednosti i suprotnog predznaka, a time i +1,6022 × 10-19 Kulona. Ne samo da materija ima naboj, već i antimaterija, svaka antičestica nosi jednak naboj, ali suprotan po predznaku od naboja svoje odgovarajuće čestice.
Naboj se može mjeriti na nekoliko načina: rani instrument, elektroskop sa zlatnim listovima, koji je, iako se još uvijek koristi za demonstracije treninga, sada zamijenjen elektronskim elektrometrom.
Struja
Kretanje električnih naboja naziva se električna struja, njen intenzitet se obično mjeri u amperima. Struju mogu stvoriti bilo koje pokretne nabijene čestice; najčešće su to elektroni, ali u principu svaki naboj koji se pokreće je struja.
Po istorijskoj konvenciji, pozitivna struja je određena smjerom kretanja pozitivnih naboja koji teku od pozitivnijeg dijela strujnog kola prema negativnijem dijelu. Ovako definisana struja naziva se uslovna struja. Jedan od najpoznatijih oblika struje je kretanje negativno nabijenih elektrona kroz kolo, pa je tako pozitivni smjer struje orijentiran u smjeru suprotnom kretanju elektrona. Međutim, ovisno o uvjetima, električna struja se može sastojati od struje nabijenih čestica koje se kreću u bilo kojem smjeru, pa čak i u oba smjera u isto vrijeme. Konvencija da je pozitivan smjer struje smjer kretanja pozitivnih naboja široko se koristi za pojednostavljenje ove situacije.
Proces kojim električna struja prolazi kroz materijal naziva se električno provođenje, a njegova priroda varira ovisno o tome koje nabijene čestice ga provode i materijalu kroz koji se kreću. Primjeri električnih struja uključuju metalnu provodljivost, koja se provodi protokom elektrona kroz provodnik kao što je metal, i elektrolizu, koja se izvodi protokom jona (nabijenih atoma) kroz tekućinu ili plazmu, kao u električnim varnicama. Dok se same čestice mogu kretati vrlo sporo, ponekad s prosječnom brzinom odvajanja od samo djelića milimetra u sekundi, električno polje koje ih pokreće putuje brzinom bliskom svjetlosti, omogućavajući električnim signalima da brzo putuju kroz žice.
Struja izaziva niz vidljivih efekata koji su istorijski bili znak njenog prisustva. Mogućnost raspadanja vode pod utjecajem struje iz galvanskog stupa otkrili su Nicholson i Carlisle 1800. godine. Ovaj proces se danas naziva elektroliza. Njihov rad je uveliko proširio Michael Faraday 1833. godine. Struja koja teče kroz otpor uzrokuje lokalizirano zagrijavanje. Ovaj efekat je matematički opisao James Joule 1840. Jedno od najvažnijih otkrića u vezi sa strujom slučajno je napravio Oersted 1820. godine, kada je, pripremajući predavanje, otkrio da struja koja teče kroz žicu izaziva okretanje igle magnetskog kompasa. Tako je otkrio elektromagnetizam, osnovnu interakciju između elektriciteta i magnetizma. Nivo elektromagnetnih emisija koje stvara električni luk je dovoljno visok da proizvede elektromagnetne smetnje koje mogu oštetiti rad susjedne opreme.Otkrio je elektromagnetizam, osnovnu interakciju između elektriciteta i magnetizma. Nivo elektromagnetnih emisija koje stvara električni luk dovoljno je visok da proizvede elektromagnetne smetnje koje mogu ometati obližnju opremu.
Za tehničke ili kućne aplikacije, struja se često karakteriše kao jednosmerna (DC) ili naizmenična (AC). Ovi termini se odnose na to kako se aktuelnost mijenja tokom vremena. Jednosmjerna struja koju proizvodi baterija, na primjer, a koju zahtijeva većina elektronskih uređaja, je jednosmjerni tok od pozitivnog potencijala kola do negativnog. Ako ovaj tok, koji se dešava češće, nose elektroni, oni će se kretati u suprotnom smjeru. Naizmjenična struja je svaka struja koja kontinuirano mijenja smjer, gotovo uvijek je u obliku sinusoida. Izmjenična struja pulsira naprijed-nazad unutar provodnika bez pomjeranja naboja na bilo koju konačnu udaljenost u dugom vremenskom periodu. Vremenski prosječna vrijednost naizmjenične struje je nula, ali ona isporučuje energiju prvo u jednom, a zatim u suprotnom smjeru. Izmjenična struja ovisi o električnim svojstvima koja se ne manifestiraju u stacionarnom načinu jednosmjerne struje, na primjer, o induktivnosti i kapacitivnosti. Ova svojstva, međutim, mogu doći u igru kada je kolo podvrgnuto tranzijentima, kao što je prilikom početnog uključivanja.
Električno polje
Koncept električnog polja uveo je Michael Faraday. Električno polje stvara nabijeno tijelo u prostoru koji okružuje tijelo i rezultira silom koja djeluje na bilo koja druga naelektrisanja koja se nalaze u polju. Električno polje djeluje između dva naboja slično gravitacijskom polju između dvije mase, a također se proteže do beskonačnosti i obrnuto je proporcionalno kvadratu udaljenosti između tijela. Međutim, postoji značajna razlika. Gravitacija uvijek privlači, uzrokujući spajanje dvije mase, dok električno polje može rezultirati ili privlačenjem ili odbijanjem. Budući da velika tijela kao što su planete u cjelini imaju nulti neto naboj, njihovo električno polje na udaljenosti obično je nula. Dakle, gravitacija je dominantna sila na velikim udaljenostima u svemiru, uprkos činjenici da je sama po sebi mnogo slabija.
Električno polje se, po pravilu, razlikuje u različitim tačkama u prostoru, a njegova jačina u bilo kojoj tački se definiše kao sila (po jedinici naelektrisanja) koju će doživeti nepomično, zanemarljivo naelektrisanje ako se postavi u tu tačku. Apstraktno naelektrisanje, nazvano "testno naelektrisanje", mora biti zanemarljive vrednosti tako da se njegovo sopstveno električno polje koje remeti glavno polje može zanemariti, a takođe mora biti stacionarno (nepokretno) da spreči uticaj magnetnih polja. Pošto je električno polje definisano u terminima sile, a sila je vektor, onda je i električno polje vektor, koji ima i veličinu i pravac. Preciznije, električno polje je vektorsko polje.
Doktrina o električnim poljima koja stvaraju stacionarna naelektrisanja naziva se elektrostatika. Polje se može vizualizirati korištenjem skupa zamišljenih linija čiji se smjer u bilo kojoj tački prostora poklapa sa smjerom polja. Ovaj koncept je uveo Faraday, a pojam "linije sile" još uvijek se povremeno susreće. Linije polja su putevi duž kojih će se tačkasti pozitivni naboj kretati pod uticajem polja. Oni su, međutim, apstraktni, a ne fizički objekti, a polje prožima sav međuprostor između linija. Linije polja koje proizlaze iz stacionarnih naelektrisanja imaju nekoliko ključnih svojstava: prvo, počinju na pozitivnim naelektrisanjima i završavaju na negativnim naelektrisanjima; drugo, moraju ući u bilo koji idealni provodnik pod pravim uglom (normalno), i treće, nikada se ne seku i zatvaraju u sebe.
Šuplje provodno tijelo sadrži sav svoj naboj na svojoj vanjskoj površini. Dakle, polje je jednako nuli na svim mjestima unutar tijela. Faradayev kavez radi na ovom principu - metalna školjka koja izoluje njegov unutrašnji prostor od vanjskih električnih utjecaja.
Principi elektrostatike važni su u projektovanju elemenata visokonaponske opreme. Postoji ograničeno ograničenje jačine električnog polja koje može izdržati bilo koji materijal. Iznad ove vrijednosti dolazi do električnog kvara koji uzrokuje električni luk između nabijenih dijelova. Na primjer, u zraku dolazi do električnog kvara na malim prazninama sa jakošću električnog polja većom od 30 kV po centimetru. Sa povećanjem zazora, krajnja snaga proboja opada na približno 1 kV po centimetru. Najznačajniji takav prirodni fenomen je munja. Nastaje kada se naelektrisanja u oblacima razdvoje uzlaznim stupovima zraka, a električno polje u zraku počinje da prelazi vrijednost proboja. Napon velikog grmljavinskog oblaka može doseći 100 MV i imati energetsku vrijednost pražnjenja od 250 kWh.
Na veličinu jačine polja snažno utiču obližnji provodni objekti, a jakost je posebno velika kada se polje mora savijati oko šiljatih objekata. Ovaj princip se koristi u gromobranima, čiji oštri tornjevi prisiljavaju munje da se ispuštaju u njih, a ne u zgrade koje štite.
Električni potencijal
Koncept električnog potencijala usko je povezan sa električnim poljem. Malo naelektrisanje postavljeno u električno polje doživljava silu, a da bi se naboj pomerio protiv ove sile, potreban je rad. Električni potencijal u bilo kojoj tački definira se kao energija potrebna za pomicanje jediničnog testnog punjenja izuzetno sporo od beskonačnosti do te točke. Potencijal se obično mjeri u voltima, a potencijal od jednog volta je potencijal pri kojem jedan džul rada mora biti utrošen da bi se jedan kulon naboja pomjerio iz beskonačnosti. Ova formalna definicija potencijala je od male praktične koristi, a korisniji je koncept razlike električnog potencijala, odnosno energije potrebne za pomicanje jedinice naboja između dvije date tačke. Električno polje ima jednu osobinu, ono je konzervativno, što znači da putanja koju pređe ispitni naboj nije bitna: prolazak svih mogućih puteva između dvije date tačke uvijek će uzimati istu energiju, tako da postoji jedna vrijednost razlika potencijala između dva položaja. Volt se toliko učvrstio kao mjerna jedinica i opis razlike u električnom potencijalu da se termin napon koristi široko i svakodnevno.
U praktične svrhe, korisno je definirati zajedničku referentnu tačku prema kojoj se potencijali mogu izraziti i uporediti. Iako može biti u beskonačnosti, mnogo je praktičnije koristiti samu Zemlju kao nulti potencijal, za koji se pretpostavlja da je na istom potencijalu na svim mjestima. Ova referentna tačka se, naravno, naziva "zemlja" (zemlja). Zemlja je beskonačan izvor jednakih količina pozitivnih i negativnih naboja i stoga je električno neutralna i nenapunjiva.
Električni potencijal je skalarna veličina, odnosno ima samo vrijednost i nema smjera. Može se smatrati analognim visini: kao što će oslobođeni predmet pasti zbog visinske razlike uzrokovane gravitacijskim poljem, tako će i naboj "pasti" zbog napona uzrokovanog električnim poljem. Baš kao što karte predstavljaju teren pomoću konturnih linija koje povezuju tačke jednake visine, skup linija koje povezuju tačke jednakog potencijala (poznate kao ekvipotencijali) može se nacrtati oko elektrostatički nabijenog objekta. Ekvipotencijali sijeku sve linije sila pod pravim uglom. Oni također moraju ležati paralelno s površinom provodnika, inače će se stvoriti sila koja pomiče nosioce naboja duž ekvipotencijalne površine provodnika.
Električno polje je formalno definirano kao sila koja djeluje po jedinici naboja, ali koncept potencijala daje korisniju i ekvivalentniju definiciju: električno polje je lokalni gradijent električnog potencijala. U pravilu se izražava u voltima po metru, a smjer vektora polja je linija najveće promjene potencijala, odnosno u smjeru najbliže lokacije drugog ekvipotencijala.
elektromagneti
Oerstedovo otkriće 1821. godine o činjenici da magnetno polje postoji oko svih strana žice koja nosi električnu struju pokazalo je da postoji direktna veza između elektriciteta i magnetizma. Štaviše, činilo se da je interakcija drugačija od gravitacijskih i elektrostatičkih sila, dvije tada poznate sile prirode. Sila je djelovala na iglu kompasa, ne prema ili dalje od strujne žice, već pod pravim uglom u odnosu na nju. Pomalo nejasnim riječima "električni sukob ima rotirajuće ponašanje" Oersted je izrazio svoje zapažanje. Ova sila je također ovisila o smjeru struje, jer ako je struja promijenila smjer, onda ga je promijenila i magnetna sila.
Ersted nije u potpunosti razumio svoje otkriće, ali učinak koji je primijetio bio je obostran: struja djeluje silom na magnet, a magnetsko polje djeluje silom na struju. Fenomen je dalje proučavao Amper, koji je otkrio da dvije paralelne žice koje vode struju djeluju silom jedna na drugu: dvije žice koje vode struje u istom smjeru privlače jedna drugu, dok se žice koje sadrže struje u suprotnim smjerovima jedna drugu odbijaju. . Ova interakcija se odvija kroz magnetno polje koje svaka struja stvara, a na osnovu ovog fenomena se određuje jedinica struje - Amper u međunarodnom sistemu jedinica.
Ovaj odnos između magnetnih polja i struja je izuzetno važan jer je doveo do izuma električnog motora Michaela Faradaya 1821. godine. Njegov unipolarni motor sastojao se od trajnog magneta smještenog u posudu sa živom. Struja je provođena kroz žicu okačenu na zglobnoj suspenziji iznad magneta i uronjena u živu. Magnet je vršio tangencijalnu silu na žicu, što je dovelo do toga da se ova potonja okreće oko magneta sve dok se struja održava u žici.
Eksperiment koji je napravio Faraday 1831. godine pokazao je da žica koja se kreće okomito na magnetsko polje stvara potencijalnu razliku na krajevima. Dalja analiza ovog procesa, poznatog kao elektromagnetna indukcija, omogućila mu je da formuliše princip, sada poznat kao Faradejev zakon indukcije, da je razlika potencijala indukovana u zatvorenom kolu proporcionalna brzini promjene magnetnog fluksa koji prodire u kolo. Razvoj ovog otkrića omogućio je Faradeyu da izume prvi električni generator, 1831. godine, koji pretvara mehaničku energiju rotirajućeg bakrenog diska u električnu energiju. Faradejev disk je bio neefikasan i nije se koristio kao praktičan generator, ali je pokazao mogućnost generiranja električne energije pomoću magnetizma, a tu mogućnost su prihvatili oni koji su pratili njegov razvoj.
Sposobnost hemijske reakcije za proizvodnju električne energije, i obrnuto, sposobnost električne energije da proizvodi hemijske reakcije ima širok spektar primjena.
Elektrohemija je oduvek bila važan deo proučavanja elektriciteta. Od prvobitnog pronalaska voltaičnog stupa, galvanske ćelije su evoluirale u široku paletu tipova baterija, galvanskih i elektrolitičkih ćelija. Aluminij se proizvodi u velikim količinama elektrolizom, a mnogi prijenosni elektronički uređaji koriste punjive izvore energije.
Električna kola
Električno kolo je veza električnih komponenti na način da električni naboj prisiljen da prođe duž zatvorenog puta (kola) obično obavlja niz nekih korisnih zadataka.
Komponente u električnom kolu mogu imati različite oblike, djelujući kao elementi kao što su otpornici, kondenzatori, prekidači, transformatori i elektronske komponente. Elektronska kola sadrže aktivne komponente, kao što su poluvodiči, koji obično rade na nelinearan način i zahtijevaju složenu analizu za primjenu na njih. Najjednostavnije električne komponente su ono što se naziva pasivnim i linearnim: iako mogu privremeno skladištiti energiju, ne sadrže nikakve izvore energije i rade na linearni način.
Otpornik je možda najjednostavniji od pasivnih elemenata kola: kao što mu ime govori, on se odupire struji koja teče kroz njega, rasipajući električnu energiju kao toplinu. Otpor je posljedica kretanja naboja kroz provodnik: u metalima, na primjer, otpor je prvenstveno posljedica sudara elektrona i jona. Ohmov zakon je osnovni zakon teorije kola i kaže da je struja koja prolazi kroz otpor direktno proporcionalna razlici potencijala na njemu. Otpor većine materijala je relativno konstantan u širokom rasponu temperatura i struja; materijali koji ispunjavaju ove uslove poznati su kao "omski". Ohm je jedinica otpora nazvana po Georgu Ohmu i označena je grčkim slovom Ω. 1 ohm je otpor koji stvara razliku potencijala od jednog volta kada kroz njega prođe struja od jednog ampera.
Kondenzator je nadogradnja Leyden tegle i uređaj je koji može pohraniti naboj i na taj način akumulirati električnu energiju u generiranom polju. Sastoji se od dvije provodljive ploče razdvojene tankim izolacijskim dielektričnim slojem; u praksi, to je par tankih traka metalne folije namotanih zajedno kako bi se povećala površina po jedinici volumena, a time i kapacitet. Jedinica kapacitivnosti je farad, nazvana po Michaelu Faradayu i označena simbolom F: jedan farad je kapacitet koji stvara potencijalnu razliku od jednog volta kada se pohrani naboj od jednog kulona. Struja prvo teče kroz kondenzator spojen na izvor napajanja, budući da se naboj akumulira u kondenzatoru; ova struja će se, međutim, smanjiti kako se kondenzator puni i na kraju postati nula. Kondenzator stoga ne propušta jednosmjernu struju, već je blokira.
Induktivnost je provodnik, obično namotaj žice, koji skladišti energiju u magnetskom polju koje nastaje kada struja prolazi kroz njega. Kada se struja promijeni, mijenja se i magnetsko polje, stvarajući napon između krajeva vodiča. Inducirani napon je proporcionalan brzini promjene struje. Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivnost. Jedinica induktivnosti je henry, nazvana po Džozefu Henriju, Faradejevom savremeniku. Induktivnost od jednog Henrija je induktivnost koja uzrokuje razliku potencijala od jednog volta pri brzini promjene struje kroz nju od jednog ampera u sekundi. Ponašanje induktora je suprotno od kondenzatora: on će slobodno proći jednosmernu struju i blokirati struju koja se brzo mijenja.
Električna energija
Električna snaga je brzina kojom se električna energija prenosi električnim krugom. SI jedinica snage je vat, jednaka jednom džulu u sekundi.
Električna snaga, kao i mehanička snaga, je brzina kojom se obavlja rad, mjerena u vatima i označena slovom P. Izraz potrošnje energije, koji se kolokvijalno koristi, znači "električna snaga u vatima". Električna snaga u vatima koju proizvodi električna struja I jednaka je prolasku naboja Q kulona svakih t sekundi kroz električnu potencijalnu razliku (napon) V je
P = QV/t = IV
- Q - električni naboj u kulonima
- t - vrijeme u sekundama
- I - električna struja u amperima
- V - električni potencijal ili napon u voltima
Proizvodnja električne energije se često proizvodi električnim generatorima, ali se također može generirati iz kemijskih izvora kao što su električne baterije ili na drugi način korištenjem širokog spektra izvora energije. Električnom energijom preduzeća i domove se obično snabdijevaju električna preduzeća. Električna energija se obično naplaćuje po kilovat-satu (3,6 MJ), što je proizvedena snaga u kilovatima pomnožena s vremenom rada u satima. U elektroenergetskoj industriji mjerenja snage vrše se pomoću brojila koji pamte količinu ukupne električne energije date klijentu. Za razliku od fosilnih goriva, električna energija je oblik energije niske entropije i može se pretvoriti u energiju kretanja ili mnoge druge vrste energije sa visokom efikasnošću.
Elektronika
Elektronika se bavi električnim krugovima, koji uključuju aktivne električne komponente kao što su vakuumske cijevi, tranzistori, diode i integrirana kola, i njihove povezane pasivne i prekidačke elemente. Nelinearno ponašanje aktivnih komponenti i njihova sposobnost da kontrolišu protok elektrona omogućavaju pojačavanje slabih signala i široku upotrebu elektronike u obradi informacija, telekomunikacijama i obradi signala. Sposobnost elektronskih uređaja da djeluju kao prekidači omogućavaju digitalnu obradu informacija. Preklopni elementi kao npr štampane ploče, tehnologije pakovanja i razni drugi oblici komunikacione infrastrukture dopunjuju funkcionalnost kola i pretvaraju različite komponente u normalan radni sistem.
Danas većina elektronskih uređaja koristi poluvodičke komponente za implementaciju elektronske kontrole. Proučavanje poluprovodničkih uređaja i srodnih tehnologija smatra se granom fizike čvrstog stanja, dok projektovanje i konstrukcija elektronskih kola za rešavanje praktičnih problema spada u oblast elektronike.
Elektromagnetski talasi
Rad Faradaya i Amperea pokazao je da vremenski promjenjivo magnetno polje stvara električno polje, a vremenski promjenjivo električno polje je izvor magnetskog polja. Stoga, kada se jedno polje mijenja tokom vremena, uvijek se indukuje drugo polje. Takav fenomen ima valna svojstva i prirodno se naziva elektromagnetski val. Elektromagnetne talase teoretski je analizirao Džejms Maksvel 1864. Maxwell je razvio skup jednadžbi koje bi mogle nedvosmisleno opisati odnos između električnog polja, magnetskog polja, električnog naboja i električne struje. Takođe je bio u stanju da dokaže da se takav talas nužno širi brzinom svetlosti, pa je i sama svetlost oblik elektromagnetnog zračenja. Razvoj Maksvelovih zakona, koji kombinuju svetlost, polja i naboj, jedna je od najvažnijih faza u istoriji teorijske fizike.
Tako je rad mnogih istraživača omogućio korištenje elektronike za pretvaranje signala u visokofrekventne oscilatorne struje, a kroz odgovarajuće oblikovane provodnike električna energija omogućava da se ti signali prenose i primaju putem radio valova na vrlo velikim udaljenostima.
Proizvodnja i korištenje električne energije
Proizvodnja i prijenos električne struje
U 6. veku pne e. Grčki filozof Tales iz Mileta eksperimentisao je sa štapovima od ćilibara, a ti eksperimenti su bili prva istraživanja u oblasti proizvodnje električne energije. Iako je ova metoda, sada poznata kao triboelektrični efekat, mogla samo podizati lagane objekte i stvarati iskre, bila je krajnje neefikasna. Sa pronalaskom voltaičnog pola u osamnaestom veku, postao je dostupan održiv izvor električne energije. Voltaični stup i njegov moderni potomak, električna baterija, pohranjuju energiju u kemijskom obliku i oslobađaju je kao električnu energiju na zahtjev. Baterija je svestran i vrlo uobičajen izvor napajanja koji je idealan za mnoge primjene, ali energija pohranjena u njoj je ograničena i nakon što se potroši, baterija se mora odložiti ili napuniti. Za velike potrebe, električna energija se mora proizvoditi i prenositi kontinuirano kroz provodne dalekovode.
Električna energija se obično proizvodi od strane elektromehaničkih generatora koji se pokreću parom iz sagorijevanja fosilnih goriva ili toplinom iz nuklearnih reakcija; ili iz drugih izvora kao što je kinetička energija izvučena iz vjetra ili tekuće vode. Moderna parna turbina, koju je razvio Sir Charles Parsons 1884. godine, danas proizvodi oko 80 posto svjetske električne energije koristeći različite izvore topline. Takvi oscilatori nemaju nikakve sličnosti sa Faradejevim unipolarnim disk oscilatorom iz 1831. godine, ali se i dalje oslanjaju na njegov elektromagnetski princip, prema kojem provodnik, spajajući se s promjenjivim magnetskim poljem, inducira razliku potencijala na svojim krajevima. Pronalazak transformatora krajem 19. veka značio je da se električna energija može efikasnije prenositi pri većem naponu, ali nižoj struji. Efikasan električni prijenos znači, zauzvrat, da se električna energija može proizvoditi u centraliziranim elektranama, koristeći ekonomiju obima, a zatim prenositi na relativno velike udaljenosti gdje je potrebna.
Budući da se električna energija ne može lako skladištiti u količinama dovoljnim da zadovolje potrebe na nacionalnom nivou, ona se mora proizvoditi u bilo koje vrijeme onoliko koliko je trenutno potrebno. Ovo obavezuje komunalna preduzeća da pažljivo predvide svoja električna opterećenja i da te podatke stalno usklađuju sa elektranama. Određenu količinu proizvodnog kapaciteta uvijek treba držati u rezervi kao sigurnosnu mrežu za električnu mrežu u slučaju naglog povećanja potražnje za električnom energijom.
Potražnja za električnom energijom raste velikom brzinom kako se zemlja modernizuje i razvija svoju ekonomiju. Sjedinjene Američke Države su svake godine bilježile rast potražnje od 12 posto u prve tri decenije 20. vijeka. Ova stopa rasta se trenutno vidi u ekonomijama u razvoju kao što su Indija ili Kina. Istorijski gledano, stopa rasta potražnje za električnom energijom nadmašila je stopu rasta potražnje za drugim vrstama energije.
Brige za okoliš u vezi s proizvodnjom električne energije dovele su do povećane pažnje proizvodnji električne energije iz obnovljivih izvora, posebno vjetroelektrana i hidroelektrana. Iako se može očekivati nastavak debate o uticaju različitih načina proizvodnje električne energije na životnu sredinu, njen konačni oblik je relativno čist.
Načini korištenja električne energije
Prijenos električne energije je vrlo zgodan način prijenosa energije, a prilagođen je velikom broju primjena. Izum praktične sijalice sa žarnom niti 1870-ih doveo je do toga da je rasvjeta jedna od prvih masovno dostupnih upotreba električne energije. Iako je elektrifikacija imala svoje rizike, zamjena plinske rasvjete otvorenog plamena uvelike je smanjila opasnost od požara u kućama i fabrikama. Javna preduzeća su osnovana u mnogim gradovima kako bi se zadovoljilo rastuće tržište električne rasvjete.
Jouleov otpor grijanja koristi se u nitima žarulja sa žarnom niti, a nalazi se i direktniju primjenu u električnim sustavima grijanja. Iako je ovaj način grijanja svestran i podložan kontroli, može se smatrati rasipničkim, jer većina metoda proizvodnje električne energije već zahtijeva proizvodnju toplinske energije u elektrani. Brojne zemlje, poput Danske, izdale su zakone koji ograničavaju ili zabranjuju upotrebu otpornog električnog grijanja u novim zgradama. Električna energija je, međutim, još uvijek vrlo praktičan izvor energije za grijanje i hlađenje, s klima uređajima ili toplotnim pumpama koji predstavljaju rastuću potražnju za električnom energijom za grijanje i hlađenje, čije posljedice su komunalna preduzeća sve više dužna uzeti u obzir.
Električna energija se koristi u telekomunikacijama, a zapravo je električni telegraf, koji su komercijalno demonstrirali 1837. Cook i Wheatstone, bio jedna od najranijih primjena električnih telekomunikacija. Izgradnjom prvih interkontinentalnih, a potom i transatlantskih telegrafskih sistema 1860-ih, električna energija je omogućila komunikaciju u roku od nekoliko minuta sa cijelim globusom. Optika i satelitske komunikacije zauzele su dio komunikacijskog tržišta, ali se može očekivati da će električna energija ostati važan dio ovog procesa.
Najočiglednija upotreba efekata elektromagnetizma javlja se u elektromotoru, koji je čist i efikasan lek pokretačka snaga. Stacionarni motor, kao što je vitlo, lako je obezbediti snagu, ali motor za mobilnu aplikaciju, kao što je električno vozilo, mora ili da pomera izvore napajanja kao što su baterije sa sobom ili da prikuplja struju pomoću kliznog kontakta poznatog kao pantograf.
Elektronski uređaji koriste tranzistor, možda jedan od najvažnijih izuma 20. stoljeća, koji je temeljni gradivni blok svih modernih kola. Moderno integrirano kolo može sadržavati nekoliko milijardi minijaturiziranih tranzistora na površini od samo nekoliko kvadratnih centimetara.
Električna energija se također koristi kao izvor goriva za javni prijevoz, uključujući električne autobuse i vozove.
Utjecaj električne energije na žive organizme
Utjecaj električne struje na ljudski organizam
Napon primijenjen na ljudsko tijelo uzrokuje da električna struja teče kroz tkiva, i iako je ovaj odnos nelinearan, što se više napona primjenjuje, to više struje indukuje. Prag percepcije varira u zavisnosti od frekvencije napajanja i lokacije strujnog toka, otprilike je 0,1 mA do 1 mA za električnu energiju mrežne frekvencije, iako se struje male kao jedan mikroamper mogu detektovati kao efekat elektrovibracije pod određenim uslovima. Ako je struja dovoljno velika, može uzrokovati kontrakciju mišića, srčanu aritmiju i opekotine tkiva. Odsustvo bilo kakve vidljive indikacije da je provodnik pod naponom čini električnu energiju posebno opasnom. Bol uzrokovan električnim udarom može biti intenzivan, što dovodi do toga da se električna energija ponekad koristi kao metoda mučenja. Smrtna kazna koja se izvodi strujnim udarom naziva se pogubljenje u električnoj stolici (električni udar). Strujni udar je još uvijek oblik sudske kazne u nekim zemljama, iako je njegova upotreba u posljednje vrijeme sve rjeđa.
Električne pojave u prirodi
Elektricitet nije ljudski izum, može se uočiti u nekoliko oblika u prirodi, čija je značajna manifestacija munja. Mnoge interakcije poznate na makroskopskom nivou, kao što su dodir, trenje ili hemijska veza, nastaju zbog interakcija između električnih polja na atomskom nivou. Vjeruje se da je Zemljino magnetsko polje posljedica prirodne proizvodnje cirkulirajućih struja u jezgru planete. Neki kristali, poput kvarca, ili čak šećera, mogu stvoriti razliku potencijala na svojim površinama kada su izloženi vanjskom pritisku. Ovaj fenomen, poznat kao piezoelektricitet, od grčkog piezein (πιέζειν), što znači "pritisnuti", otkrili su 1880. Pjer i Žak Kiri. Ovaj efekat je reverzibilan, a kada je piezoelektrični materijal podvrgnut električnom polju, dolazi do male promjene u njegovim fizičkim dimenzijama.
Neki organizmi, kao što su morski psi, u stanju su da otkriju i reaguju na promjene u električnim poljima, što je sposobnost poznata kao elektrorecepcija. U isto vrijeme, drugi organizmi, koji se nazivaju elektrogeni, mogu sami generirati napone, što im služi kao odbrambeno ili grabežljivo oružje. Ribe iz reda hymniformes, čiji je najpoznatiji član električna jegulja, mogu otkriti ili omamiti svoj plijen uz pomoć visokog napona kojeg stvaraju mutirani mišićne ćelije nazvane električne ćelije (elektrociti). Sve životinje prenose informacije kroz ćelijske membrane naponskim impulsima koji se nazivaju akcioni potencijali, čija je funkcija pružanje nervni sistem vezu između neurona i mišića. Električni udar stimuliše ovaj sistem i izaziva kontrakciju mišića. Akcijski potencijali su također odgovorni za koordinaciju aktivnosti pojedinih postrojenja.
Godine 1850. William Gladstone je pitao naučnika Michaela Faradaya kolika je vrijednost električne energije. Faraday je odgovorio: "Jednog dana, gospodine, moći ćete da ga oporezujete."
U 19. i ranom 20. vijeku električna energija nije bila dio Svakodnevni život mnogi ljudi, čak iu industrijaliziranom zapadnom svijetu. U skladu s tim, popularna kultura tog vremena ga je često prikazivala kao misterioznu, kvazi-magičnu silu koja je mogla ubijati žive, podizati mrtve ili na drugi način mijenjati zakone prirode. Ovo gledište počelo je vladati s Galvanijevim eksperimentima 1771. godine, u kojima je pokazano da se noge mrtvih žaba trzaju kada se primjenjuje životinjski elektricitet. O "oživljavanju" ili oživljavanju naizgled mrtvih ili utopljenih osoba izvještava se u medicinskoj literaturi ubrzo nakon Galvanijevog rada. Ovi izvještaji su postali poznati Mary Shelley kada je počela pisati Frankenstein (1819), iako ona ne ukazuje na takav metod oživljavanja čudovišta. Oživljavanje čudovišta pomoću struje kasnije je postalo vruća tema u horor filmovima.
Kao upoznavanje javnosti sa električnom energijom kao izvorom životnu snagu druge industrijske revolucije, njeni vlasnici su se češće prikazivali u pozitivnom svetlu, na primer, električari, za koje se kaže da im "smrt kroz rukavice jeze prste pleću žice" u pesmi Rudyarda Kiplinga "The Sons of Martha" iz 1907. godine. Diverse vozila na električni pogon zauzeo istaknuto mjesto u avanturističkim pričama Julesa Vernea i Toma Swifta. Stručnjaci za električnu energiju, bilo izmišljeni ili stvarni - uključujući naučnike kao što su Thomas Edison, Charles Steinmetz ili Nikola Tesla - bili su naširoko percipirani kao mađioničari sa magičnim moćima.
Kako je struja u drugoj polovini 20. veka prestala da bude novina i postala neophodna u svakodnevnom životu, posebnu pažnju popularne kulture dobila je tek kada je prestala da teče, što je bio događaj koji obično signalizira katastrofu. Ljudi koji su podržali njegov ulazak, kao što je neimenovani heroj Wichita Fixer (1968) Jimmy Webb-a, sve su više predstavljani kao herojski i magični likovi.
